Äärimmäisten sääilmiöiden ja merivesitulvien riskiarviointi tukee ydinvoimalaitosten turvallista käyttöä

Ydinvoimalaitosten turvallisuusjärjestelmille ja niitä sisältäville rakennuksille määritellään äärimmäisiä sääilmiöitä ja muita poikkeuksellisia ympäristöolosuhteita koskevat suunnitteluperusteet. Suunnitteluperusteet on määriteltävä niin, etteivät turvallisuudelle tärkeät laitostilat voi joutua alttiiksi esimerkiksi tulvavedelle.

Ilmatieteen laitoksen tutkijat kartoittivat ydinturvallisuuden kannalta kriittisten sääilmiöiden esiintymistä ja merivedenkorkeuden vaihteluita voimalaitospaikoilla Suomen muuttuvassa ilmastossa. Tutkimuksessa myös mallinnettiin voimalaitospäästöjen leviämistä aiempaa luotettavammin ja tarkemmin.

Muuttuva ilmasto vaikuttaa sään ääri-ilmiöiden esiintymisen todennäköisyyteen ja siten voimalaitosten mahdollisiin ulkoisiin uhkiin. Koska vakavan ydinvoimaonnettomuuden mahdollisuus on ehkäistävä kaikin keinoin, voimalaitosten todennäköisyysperusteinen riskiarviointi kattaa myös sellaiset tapahtumat, joiden esiintymisen todennäköisyys on erittäin pieni.

"Koostimme yhteen tutkimustietoa sellaisista sään ja meriveden ääritilanteista, joilla voi olla merkitystä ydinturvallisuuden kannalta. Mitä harvinaisempia ilmiöt ovat, sitä suurempi niiden esiintymisarvioihin liittyvä epävarmuus on", kertoo Ilmatieteen laitoksen erikoistutkija Kirsti Jylhä.

Arvioinnin kohteina olivat tulvat, helteet ja jäätävät sateet

Ydinvoimalaitoksiin kohdistuvan meritulvariskien arviointia tarkennettiin ottamalla huomion uusimmat kansainväliset tutkimustulokset globaalista merenpinnan noususta. Maankohoaminen jääkauden jäljiltä hidastaa meritulvariskien kasvua Pohjanlahden rannikolla, kun taas merenpinnan voimakkaampi nousu ja heikompi maankohoamistahti lisäävät selvästi rannikkotulvien todennäköisyyttä Suomen etelärannikolla. Keskimääräisen merenpinnan nousun lisäksi arvioitiin meritulvien todennäköisyyksiä entistä tarkemmin menetelmällä, joka huomioi aallokon ja vedenkorkeuden yhteisvaikutuksen rannalla.

"Aiempaa laajemmat tietoaineistot esimerkiksi havaintojen digitoinnin myötä ovat tuoneet esiin tutkimuksen kohteiksi myös uusia vaaratekijöitä, kuten ilmakehän ja meren vuorovaikutuksen seurauksena syntyvät säätsunamit", kertoo tutkija Havu Pellikka.

Korkea ilman entalpia-arvo kertoo säätilanteesta, jossa sekä ilman lämpötila että sen kosteussisältö ovat korkeita. Tällaiset helteiset, kosteat olot otetaan huomioon ydinvoimalaitosten tilojen ja turvallisuusjärjestelmien ilmastoinnin ja jäähdytyksen mitoittamisessa. Samalla varaudutaan siihen, että ilmastonmuutos korottaa entalpia-arvoja jonkin verran.

Voimakas jäätävä vesisade saattaisi tukkia voimalaitoksissa olevia ilmanvaihtoaukkoja ja varageneraattoreiden ilmanottoaukkoja. Jäätävässä sateessa vesipisarat ovat alijäähtyneitä, minkä vuoksi ne jäätyvät heti osuessaan kiinteään pintaan. Nykyisin jäätävää sadetta saadaan voimalaitospaikoilla vuosittain tai lähes joka vuosi, mutta sademäärä jää yleensä verrattain pieneksi. Suuria muutoksia suuntaan tai toiseen ei Suomen rannikolla liene odotettavissa tulevaisuudessa.

"Vaikka jäätävät sateet saattavat lisääntyä sisämaassa talvien lauhtumisen myötä, niin meren aiempaa pidempi sulavesiaika vähentää jäätävälle sateelle otollisia säätilanteita rannikkoalueilla", selittää tutkija Matti Kämäräinen.

Kattavat säätiedot auttavat ennustamaan radioaktiivisten aineiden leviämistä

Ajallisesti ja paikallisesti tiheät meteorologiset lähtötiedot ovat olennaisia, jotta radioaktiivisten aineiden leviämistä voidaan mallintaa täsmällisesti. Rannikolla virinnyt merituuli, sisämaahan työntynyt merituulirintama ja takaisin merelle suuntautunut virtaus ylempänä ilmakehässä vaikuttivat huomattavasti kuviteltujen päästöjen simuloituun leviämiseen ilmakehässä kahtena kesäisenä esimerkkipäivänä.

"Leviämismallissa ja siihen lähtötietoja tuottaneessa säänennustusmallissa oli laskentapisteitä vaakasuunnassa peräti 500 metrin välein", kertoo tutkimuspäällikkö Ari Karppinen.

Ilmatieteen laitoksessa tehtävä tutkimustyö pyrkii tukemaan yhteiskunnan eri toimialojen varautumista sään ja vedenkorkeuden ääri-ilmiöihin ja sopeutumista ilmastonmuutokseen.

"Ydinvoimalaitosten turvallisuutta tukeva ilmakehä- ja meritieteellinen tutkimus on erityislaatuista, sillä tulosten käyttäjät tarvitsevat arvioita paljon epätodennäköisempien ilmiöiden esiintymisestä kuin muilla toimialoilla", täsmentää Kirsti Jylhä. "Toisaalta tuloksiin sisältyvä epävarmuus pystytään ottamaan huomioon voimalaitosten todennäköisyysperusteisissa riskiarviointimalleissa".

Lisätietoja:

erikoistutkija Kirsti Jylhä, puh. 029 539 4125, kirsti.jylha@fmi.fi

tutkija Havu Pellikka, puh. 029 539 6435, havu.pellikka@fmi.fi

tutkija Matti Kämäräinen, puh. 050 380 2868, matti.kamarainen@fmi.fi

tutkimuspäällikkö Ari Karppinen, puh. 029 539 5453, ari.karppinen@fmi.fi

Jylhä K, M. Kämäräinen, C. Fortelius, H. Gregow, J. Helander, O. Hyvärinen, M. Johansson, A. Karppinen, A. Korpinen, R. Kouznetsov, E. Kurzeneva, U. Leijala, A. Mäkelä, H. Pellikka, S. Saku, J. Sandberg, M. Sofiev, A. Vajda, A. Venäläinen, J. Vira, 2018: Recent meteorological and marine studies to support nuclear power plant safety in Finland. Energy, 165 (A), 1102–1118, https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.09.033

Tutkimus toteutettiin ydinvoimalaitosten SAFIR2018-turvallisuustutkimusohjelmaan kuuluvassa EXWE-hankkeessa. Artikkelin kirjoittajina oli Ilmatieteen laitoksen tutkijoita sekä asiantuntija STUKista ja Fennovoimasta. Tuloksia hyödynnetään ydinvoimaloiden suunnittelun ja turvallisuuden tukena.